预应力混凝土T梁张拉试验分析★

陈 宇 贾艳敏

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

预应力混凝土T梁张拉试验分析★

陈 宇 贾艳敏

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

对实际工程中的预应力混凝土T梁进行了试验研究，从试验梁在张拉过程中的应变和挠曲变形两个方面进行了讨论和分析，建立了ABAQUS有限元分析模型并与实测值进行了对比，分析结果表明：预加力较小时试验梁的反向挠度的线形呈波浪状，预应力较大时试验梁的反向挠度的线形基本呈抛物线状。

预应力，试验梁，应变，反向挠度，ABAQUS

由于T 梁制作方便易于应用，预制件利于构件的单一标准化和工作周期化，所以T梁是在桥梁工程领域应用较早且常采用的截面形式。T梁受力明确，充分利用了混凝土抗压和钢筋抗拉的特征，施工也方便，是中、小跨径梁式桥中应用最为广泛的桥型[1,2]。本文依托内蒙古宝贝河桥工程，对张拉时的T梁跨中和其他主要截面进行应变测量，对纵向布置的13个挠度测点进行测量，将实测数据与ABAQUS有限元计算结果进行对比分析。

1 试验梁

如图1所示的试验梁：C50混凝土，采用后张法，一端张拉一端锚固；施工梁长39.28 m，梁高2.5 m，梁自重集度(包括横隔板)取平均值g=28.1 kN/m；配有预应力孔道五条，预应力钢筋采用1×7股d=15.2 mm的钢绞线；N3,N4束形为圆曲线的9φ15.2钢绞线，N1,N2束形为圆曲线与直线组合的8φ15.2钢绞线，钢绞线布置如图1a)所示；张拉控制力Ncon=193.9 kN，试验梁分批张拉，分为8个批次：N3 50%→N2 50%→N1右50%→N1左100%→N1右100%→N2 100%→N3 100%→N4 100%。

张拉过程中对试验梁的应变计数据和跨中上拱度数据进行采集，图2为预埋试验设备。进行试验时直接测定出混凝土的应力是比较困难的，目前常在测定应变值后借助于材料的本构关系或方程换算应力值。

2 对比分析

利用ABAQUS建立有限元模型：混凝土本构关系Concrete Damage Plastic来定义[6,7]，各参数根据施工实测值换算代入；混凝土梁采用实体单元C3D8R，为使得计算收敛，与台座接触面层的实体单元采用C3D8I[8]；预应力钢筋采用T3D2只受拉力的弹性单元[9]，并定义温度膨胀系数，利用降温法施加预应力；普通钢筋采用T3D2并定义既能受压又能受拉的塑性单元。台座定义为C3D8I单元，弹性模量为钢材的100倍，台座刚度很大，几乎不发生变形；利用Interaction模块中Contact定义摩擦接触。

张拉前、张拉稳定后以及有限元计算的试验梁跨中截面混凝土应变值如图3所示，有限元计算值与实测值吻合较好。有限元计算值比实测值略低，本文认为这是由于有限元计算时按桥规计入了预应力损失，而实测时的预应力损失尚未完成导致的。

对比试验梁反向挠度时，提取了三种典型工况，工况1：N3 50%；工况2：N1右50%，N2 50%，N3 50%；工况3：全部张拉100%并稳定40 min。如图4所示，工况1下预加力小，有限元计算结果为梁体不发生挠曲；实测为试验梁变形为局部呈波浪状，本文认为在预加力小时梁体约束不够稳定，观测的梁体变形主要是由混凝土弹性压缩引起的。如图5所示，工况2下预加力较大，有限元计算结果为梁体两侧对称挠曲，而跨中附近区不发生挠曲；实测为试验梁两侧非对称挠曲，跨中区不发生挠曲。有限元分析和实测结果表明，此时试验梁的约束和内力分配尚未稳定，导致了有限元分析和实测值的不符；另外，由于试验梁张拉试验时是一端张拉一端锚固，孔道摩阻损失以及施工平台摩擦力发生有时间差，导致了梁体两侧的非对称变形。如图6所示，张拉完毕稳定后，有限元计算结果和实测值基本吻合，线形基本一致。此时预加力最大，试验梁除梁端外均脱离了台面。

3 结语

1)在张拉过程中的试验梁体的约束不断发生变化。

2)平台反力与接触域随张拉的进度会重分布，若接触面由闭到开，自重弯矩随即发生作用，混凝土压应变减小。

3)预加力较小时，由于试验梁的约束和内力分配不稳定，导致了混凝土应变和梁体挠曲变形的不稳定。此时试验梁的反向挠度的线形呈波浪状。

4)当预应力较大时以及持荷稳定后，大部分梁体脱离台面，试验梁受到的预加力和自重稳定，试验梁的反向挠度的线形基本呈抛物线状。

[1] 邵旭东.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，2005.

[2] 刘龄嘉.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，2007.

[3] 郭晓江.张拉预应力筋阶段的T型梁应力分析[D].哈尔滨:东北林业大学，2007.

[4] 张印阁,冯玉平,张宏祥.桥梁结构现场检测技术[M].哈尔滨:东北林业大学出版社，2003.

[5] Kim,J H,M yang H.Evolutionary programming techniques forced strained optimization problems[J].IEEE Trans on Evolutionary Computation,1997,1(2):129-140.

[6] 庄 茁,张 帆,岑 松.ABAQUS非线性有限元分析与实例[M].北京:科学出版社,2005.

[7] 石亦平,周玉蓉.有限元分析实例详解[M].北京:机械工业出版社,2006.

[8] 汪召华,高莲士,宋文晶.三维摩擦接触的有限元分析[J].清华大学学报(自然科学版),2002,42(S1):93-96.

[9] 陈 宇.独塔斜拉桥几何非线性静力分析[D].哈尔滨:东北林业大学，2009.

[10] Yu Chen,Yanmin Jia.Geometric Nonlinear Static Analysis of Cable Stayed Bridge in Construction Phase[J].International Conference on Remote Sensing Environment and Transportation Engineering，2011(2)：1244-1247.

Analysis on tension test of pre-stressed concrete T beam★

CHEN Yu JIA Yan-min

(CivilEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

This paper made test research on pre-stressed concrete T beam in practical engineering, made discussion and analysis from the strain and deflection deformation two aspects of test beam in tensioning process, established the ABAQUS finite element analysis model and compared with the measured values, the analysis results showed: the inverse deflection of test beam with small pre-stressed showed linear wavy shape, inverse deflection of test beam with large pre-stressed showed linear basic parabola shape.

pre-stress, test beam, strain, reverse deflection, ABAQUS

1009-6825(2014)35-0181-03

2014-09-21★:内蒙古交通厅科学技术研究项目(项目编号：NJ_2012_12)

陈 宇(1979- )，男，博士，讲师； 贾艳敏(1962- )，女，博士，教授

U448.212

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